专利名称：变频空调用功率因数校正装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电源技术领域，特别是涉及一种变频空调用功率因数校正装置。
背景技术：
为实现变频空调压縮机的驱动，需要把交流220V输入通过非控整流获取直流 电压(即AC/DC变换)。这种变换输入电压波形为正弦波，但输入电流波形却发生 严重畸变，并呈脉冲状。这是因为只有当输入交流电压高于整流滤波电容电压的短 时间内才能从电网抽取电流。而滤波电容的等效阻抗低，电流的瞬时值很高，造成 电网侧输入电流的严重非正弦化，含有大量的谐波成分。这样， 一方面EMI噪声较 大，输入电流谐波超标，对电网造成严重污染，不利于电网的安全运行，干扰其他 电子设备的正常工作；另一方面大大降低了输入电路的功率因数(一般在0.8左 右)，不利于电网的经济运行。由于变频空调的使用量大面广，其危害更加严重。
再次，因为旋转式变频空调压縮机是时变的负载，为保持智能功率模块(IPM) 输入端直流电压的稳定，也需要功率因数校正模块实时的动态调整，降低电压纹波， 降低转速波动。
在电网电压比较低的时候，交流整流之后得到的直流母线电压已经不能满足 压缩机高转速的需求，只有用升压电路把电压提高才能达到要求。
传统的变频空调控制器整流装置通常都是由整流器加大容量的滤波电容构 成，并采用电感电容组成的低通滤波器滤波，笨重且滤波效果差。
发明内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种功率 因数高的变频空调用功率因数校正装置。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现变频空调用功率因数校 正装置，其特征在于，包括有源升压主变换模块、控制模块，所述的有源升压 主变换模块、控制模块相互连接。
所述的有源升压主变换模块包括整流桥、升压二极管、功率开关、采样电
阻，所述的整流桥的2、 4端与电源AC连接，该整流桥的3端连接一电感后与 升压二极管的A端连接，该升压二极管的K端与用于变频空调压縮机驱动的智 能功率模块连接，所述的功率开关的2端与升压二极管的A端连接，其3端与 采样电阻的一端及智能功率模块连接，所述的采样电阻的另一端与整流桥的1 端连接。
所述的控制模块包括控制IC，所述的控制IC的l脚接地，所述的控制IC 的2脚连接一电容后接地，所述的控制IC的3脚连接一电阻后与采样电阻连 接，所述的控制IC的4脚连接一电阻后接地，所述的控制IC的5脚连接有电 阻及两个电容，该电阻的一端与控制IC的5脚连接，另一端连接一电容后接 地，另一电容的一端与控制IC的5脚连接，其另一端接地，所述的控制IC的 6脚连接有两个电阻，该两个电阻串联后跨接与升压二极管的K端及功率开关 的3端之间，所述的控制IC的8脚连接一电阻后与功率开关的1端连接。
所述的控制IC的6脚还连接有外部信号源。
所述的控制IC的7脚与外加电源连接。
与现有技术相比，本实用新型可以有效抑制变频空调控制器功率变换过程 中产生的电流畸变，降低谐波电流对电网的污染，提高电网的利用率；提高直 流输入电压，满足驱动模块对于输入电压的需求，满足压縮机的高转速运行的 要求；可实现高功率因数，适应宽输入电压范围，并集成多种保护电路，具备 优良的散热设计，大大提高变频空调控制器的可靠性；模块体积小，结构紧凑， 实现了小型化，因而不受变频空调控制器安装条件的限制；组装连接简易，便 于拆卸与维护。
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，变频空调用功率因数校正装置，包括有源升压主变换模块、 控制模块，所述的有源升压主变换模块、控制模块相互连接。
所述的有源升压主变换模块包括整流桥、升压二极管、功率开关、采样电阻，所述的整流桥的2、 4端与电源AC连接，该整流桥的3端连接一电感后与 升压二极管的A端连接，该升压二极管的K端与用于变频空调压縮机驱动的智 能功率模块连接，所述的功率开关的2端与升压二极管的A端连接，其3端与 采样电阻的一端及智能功率模块连接，所述的采样电阻的另一端与整流桥的1 端连接；所述的控制模块包括控制IC，所述的控制IC的1脚接地，所述的控 制IC的2脚连接一电容后接地，所述的控制IC的3脚连接一电阻后与采样电 阻连接，所述的控制IC的4脚连接一电阻后接地，所述的控制IC的5脚连接 有电阻及两个电容，该电阻的一端与控制IC的5脚连接，另一端连接一电容 后接地，另一电容的一端与控制IC的5脚连接，其另一端接地，所述的控制 IC的6脚连接有两个电阻，该两个电阻串联后跨接与升压二极管的K端及功率 开关的3端之间，所述的控制IC的8脚连接一电阻后与功率开关的1端连接； 所述的控制IC的6脚还连接有外部信号源；所述的控制IC的7脚与外加电源 连接。
功率因数校正电路由主电路和控制电路组成。功率因数校正的基本思想是 通过控制主电路的开关管Q1的通断，控制电感L1的充电和放电时序，完成电 压提升，同时让电流波形跟随输入电压，获得很高的功率因素。附图中虚线框 内的电路，是本模块电路，具体的实现方法如下
IC (ICE2PCS01)的核心是一个比较器，它对电流釆样转换得到的正弦波 信号和电压检测端采入并转换的斜坡信号这两个信号进行比较，这个斜坡信号 是由内部电压比较器输出，经过非线性增益得到。经过内部电流放大器后把放 大的电流信号和斜坡信号比较后，得到不同占空比的信号经过门极驱动8脚输 出。交流输入电流就会变成近似正弦波，功率因数接近于l。
其中主电路是典型的非隔离升压拓扑结构的有源升压式主变换器， 一个周 期的部分时间(D)，开关管Q1导通时，输入电压加于电感L1上，电流以某一 斜率上升，并把能量存储于电感L1上，当开关管Q1关断时，电感电流经过二
极管流向输出电容E1和用于变频空调压縮机驱动的智能功率模块(IPM)。其中
电源AC输入至整流桥B1的2和4脚，电感L1一端连接整流桥3脚，另一端 连接升压二极管D1的A端，Dl的K端连接输出IPM的U0端，IPM的GND端连 接功率开关Q1的3脚，同时连接着采样电阻R3的一端，R3的另一端连接整流 桥B1的1脚，电解电容E1联于IPM的两端。
控制电路是由控制IC (ICE2PCS01)及其周边电路组成，通过双闭环控制 实现有源功率因数校正。在图示电路中，电流环(内环、高动态响应)是由IC 内部的电流误差放大器和过电流比较器和外部的电阻R3、 R5和电容C3组成的 比例积分控制电路。电压环是外环，是由IC内部的电压误差放大器和外部的 电阻R1、 R2，实现电流采样反馈。电阻R7、电容Cl和C2组成的比例积分控 制电路，调节开关管Q1的输出脉冲宽度，实现稳压功能。
IC的1脚接地；IC的2脚接电容C3，起到电流采样补偿的作用；通过对 采样电阻R3的压降来采样电流，经过限流电阻R5，连接至IC的3脚；IC的4 脚连接电阻R6，用于设定芯片的工作频率；IC的5脚连接R7、 C1和C2，用于 电压采样的补偿；；电阻Rl和R2相互连接，两端分别连接于IPM的U0和GND， 起到分压的作用，电阻R2的电压进入IC的6脚，起到采集输出电压的作用， 外加信号EN直接连接IC的6脚，当电压小于0.6V时，能够使芯片停止工作； IC的7脚连接外加电源+15V，给芯片IC供电；IC的8脚输出驱动信号，经 过驱动电阻R4，到开关管的l脚，控制开关管Q1的导通或是关断。其中外 加电源的地连接IC的l脚，这个地和IPM的GND连接；电容C3—端接IC的1 脚，另一端接IC的2脚；IC的3脚连接电阻R5的一端，R5的另一端连接R3 的一端；电阻R6的一端连接IC的4脚，另一端接地；电阻R7—端连接IC的 5脚，另一端连接电容C2，电容C2另一端接地，电容C1连接IC的5脚，另 一端接地；外部信号EN连IC的6脚，IC的6脚还连接至电阻Rl和R2的连接 处，Rl另一端连IPM的U0， R2的另一端连IPM的GND;外加电源+15V连接至 IC1的7脚；电阻R4的一端连接至IC的8脚，另一端连接至开关管的l脚。
升压二极管D1采用600V超快恢复二极管，因它没有电荷贮存而具有非常 好的开关特性(没有反向恢复而且没有温度对开关特性的干扰)。功率开关管 Ql采用超快恢复、低导通压降的IGBT管，从而降低了开关应力值，抑制了开 关浪涌电压，抗干扰能力增强，且噪声和电磁干扰低。
本功率因数校正模块具有良好的散热设计，大大提高了模块的可靠性。
为
了扩大散热面积以便使PCB板上的热分布比较均衡，开关管Q1， 二极管D1以 及整流桥Bl相隔一定距离，并且排成一排，便于焊接和安装。使用绝缘材料 垫片，使该模块与散热系统(安装平台)实现了完全电隔离，保证安全性。同 时使模块可与后级的用于压縮机驱动的智能功率模块(IPM)安装在同一散热 器上，节省成本，连接引线大大縮短，减少了引线电感，提高了可靠性。该散 热器可借助变频空调室外机风机增强散热效果。
为了有效抑制电流开关元件工作过程中产生的干扰，釆用了多种技术加以 抑制，如合理接地、合理布局布线、空间方位分离、滤波、吸收和旁路等。
本实用新型的功率因数校正模块应用在日立公司开发的小型家用KFR26 空调样机上。采用该功率因数校正模块的样机进行了冷量试验及整机性能测 试，空调的整机性能达到了国家家用电器标准。为了测试功率因数校正模块的 可靠性、稳定性，进行了恶劣工况试验，制热试验工况室外环境温度7°C， 室内环境温度0'C，设定25'C。空调长时间连续运行，无故障；制冷试验工况 室外环境温度45t:，室内环境温度4(TC，设定25'C，空调长时间连续运行， 无故障。此外还进行了样机长时间连续运行试验，功率因数校正模块实现了无 故障运行500小时。
权利要求1.变频空调用功率因数校正装置，其特征在于，包括有源升压主变换模块、控制模块，所述的有源升压主变换模块、控制模块相互连接。
2. 根据权利要求1所述的变频空调用功率因数校正装置，其特征在于， 所述的有源升压主变换模块包括整流桥、升压二极管、功率开关、采样电阻， 所述的整流桥的(2) 、 (4)端与电源AC连接，该整流桥的(3)端连接一电 感后与升压二极管的(A)端连接，该升压二极管的(K)端与用于变频空调压縮 机驱动的智能功率模块连接，所述的功率开关的(2)端与升压二极管的(A)端 连接，其(3)端与采样电阻的一端及智能功率模块连接，所述的采样电阻的 另一端与整流桥的(1)端连接。
3. 根据权利要求1所述的变频空调用功率因数校正装置，其特征在于， 所述的控制模块包括控制IC，所述的控制IC的(1)脚接地，所述的控制IC 的(2)脚连接一电容后接地，所述的控制IC的(3)脚连接一电阻后与采样 电阻连接，所述的控制IC的(4)脚连接一电阻后接地，所述的控制IC的(5) 脚连接有电阻及两个电容，该电阻的一端与控制IC的(5)脚连接，另一端连 接一电容后接地，另一电容的一端与控制IC的(5)脚连接，其另一端接地， 所述的控制IC的(6)脚连接有两个电阻，该两个电阻串联后跨接与升压二极 管的(K)端及功率开关的(3)端之间，所述的控制IC的(8)脚连接一电阻 后与功率开关的(1)端连接。
4. 根据权利要求3所述的变频空调用功率因数校正装置，其特征在于， 所述的控制IC的(6)脚还连接有外部信号源。
5. 根据权利要求3所述的变频空调用功率因数校正装置，其特征在于， 所述的控制IC的(7)脚与外加电源连接。
专利摘要本实用新型涉及变频空调用功率因数校正装置，包括有源升压主变换模块、控制模块，所述的有源升压主变换模块、控制模块相互连接。与现有技术相比，本实用新型可以有效抑制变频空调控制器功率变换过程中产生的电流畸变，降低谐波电流对电网的污染，提高电网的利用率；提高直流输入电压，满足驱动模块对于输入电压的需求，满足压缩机的高转速运行的要求；可实现高功率因数，适应宽输入电压范围，并集成多种保护电路，具备优良的散热设计，大大提高变频空调控制器的可靠性；模块体积小，结构紧凑，实现了小型化，因而不受变频空调控制器安装条件的限制；组装连接简易，便于拆卸与维护。
文档编号H02M1/42GK201075821SQ200720072268
公开日2008年6月18日 申请日期2007年7月6日 优先权日2007年7月6日
发明者华建跃, 浩 殷 申请人:上海日立电器有限公司